Analisi matematica 2 per l’ingegneria: pacchetto last-minute

Formulari, i passaggi chiave del metodo per ogni argomento e 16 esercizi, con le soluzioni complete in fondo.

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1Formule e metodi

Equazioni differenziali

Crescita/decadimento esponenziale
dy/dt = ky → y = y0ekt
Tempo di dimezzamento
k = ln 2 / t½
Legge di raffreddamento di Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Fattore integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Serbatoio di miscelazione
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Matrici e determinanti

determinante 2×2
det = ad − bc
Inversa di una 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Prodotto
(AB)ij = Σk AikBkj
Autovalori
det(A − λI) = 0
Regola di Cramer
xi = det(Ai)/det(A)

Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Modulo
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Versore
û = a/|a|
Componenti a partire da un angolo
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Prodotto scalare
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Proiezione scalare di a su b
a·b/|b|
Lavoro
W = F·d
Prodotto vettoriale
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Aree
parallelogramma |a × b|, triangolo ½|a × b|
Momento rispetto a O
MO = r × F, r = A − O
Volume di un parallelepipedo
V = |a·(b × c)|

Metodo

  1. Scrivi ogni vettore in componenti; per una forza data da un modulo e un angolo, usa F·cos θ e F·sin θ.
  2. Per lunghezze e direzioni usa il modulo √(x² + y² + z²) e il versore a/|a|.
  3. Usa il prodotto scalare per angoli, proiezioni, perpendicolarità e lavoro: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Usa il prodotto vettoriale per vettori perpendicolari, aree e momenti: scrivi con cura le tre componenti, mantenendo l’ordine a × b.

Integrali

Regola della potenza
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integrale definito
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrali fondamentali
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Area tra due curve
∫ab (f − g) dx

Metodo

  1. Riscrivi, dove possibile, la funzione integranda come somma di termini semplici.
  2. Applica la regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), e gli integrali notevoli per ex, 1/x, sin e cos.
  3. Usa la sostituzione quando vedi insieme una funzione e la sua derivata.
  4. Per un integrale definito calcola F(b) − F(a).

Calcolo multivariabile

Derivate parziali
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradiente
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Derivata direzionale
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Piano tangente
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Regola della catena
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Test delle derivate seconde
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Integrale doppio
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Coordinate polari
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Metodo

  1. Per una derivata parziale, tratta l’altra variabile come una costante e usa le regole a una variabile.
  2. Per le domande sul gradiente calcola ∇f = (fx, fy) nel punto; usa |∇f| per la pendenza massima e ∇f·u con un versore u per una derivata direzionale.
  3. Per gli estremi risolvi insieme fx = 0 e fy = 0, poi classifica ogni punto con D = fxx·fyy − fxy².
  4. Per un integrale doppio disegna la regione, scegli l’ordine (o le coordinate polari per i dischi) in modo che gli estremi interni siano le curve di contorno, e integra prima all’interno.

Successioni e serie

Successione aritmetica
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Successione geometrica
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Serie geometrica infinita
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Serie armonica generalizzata
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Criterio del rapporto
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Raggio di convergenza
R = lim |ck/ck+1|
Polinomio di Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Serie di Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Maggiorazione di Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Metodo

  1. Individua il tipo: aritmetica (differenza costante), geometrica (ragione costante), una serie notevole, una serie di potenze o un polinomio di Taylor.
  2. Per le somme usa Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), oppure S = a₁/(1 − r) quando |r| < 1, con a₁ il primo termine della somma.
  3. Per la convergenza: prima il criterio del termine n-esimo, poi confronta con Σ1/kᵖ o con una serie geometrica, e usa il criterio del rapporto o della radice per fattoriali e potenze k-esime.
  4. Per i polinomi di Taylor elenca f(a), f′(a), f″(a), …, dividi la derivata k-esima per k!, e maggiora l’errore con M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Convoluzione e sistemi LTI

Convoluzione discreta
y[n] = Σ x[k]·h[n − k]
Convoluzione continua
y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ
Lunghezza e somma
Ly = Lx + Lh − 1, Σy = Σx·Σh
Inizio, fine e area
t1 + t3 … t2 + t4, ∫y = ∫x·∫h
Gradino in e^(−at)u(t)
y(t) = (A/a)(1 − e−at)
Sistema del primo ordine
y′ + a·y = b·x → h(t) = b·e−atu(t)
Ricorsione del primo ordine
y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] → h[n] = b·aⁿ
Sinusoide attraverso h(t)
|H(jω)|, ∠H(jω); H(jω) = b/(a + jω)
Ampiezze della serie di Fourier
onda quadra ±A: 4A/(kπ), k dispari; onda triangolare ±A: 8A/(π²k²), k dispari; treno di impulsi: A·D e (2A/(kπ))|sin kπD|

Metodo

  1. Disegna entrambi i segnali e annota dove ciascuno è non nullo.
  2. Ribalta h e falla scorrere: per ogni istante di uscita, trova l’intervallo in cui i due segnali si sovrappongono.
  3. Moltiplica e somma (discreto) oppure moltiplica e integra (continuo) solo su quella sovrapposizione.
  4. Controlla il risultato: l’uscita inizia alla somma degli istanti iniziali, finisce alla somma degli istanti finali, e la sua area o somma è il prodotto delle aree o somme degli ingressi.

2Esercizi

1.Equazioni differenzialiMedia
tyy(0) = 2y(2) = ?

Risolvi y″ + 2y′ + y = 0 con y(0) = 2 e y′(0) = 2. Trova y(2).

y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 2y′(0) = 2
y(2) =
2.Equazioni differenzialiDifficile
t (min)m (kg)t = ?28 kg

Un serbatoio contiene 400 L di acqua in cui sono disciolti 20 kg di sale. Una salamoia con 0,1 kg di sale per litro entra a 10 L/min, e la soluzione ben miscelata esce con la stessa portata. Dopo quanti minuti t il serbatoio contiene 28 kg di sale?

V = 400 Lm0 = 20 kgc = 0,1 kg/Lr = 10 L/min
t = min
3.Matrici e determinantiMedia
A =−3−1−5−5−3−3−25−3

Trova il determinante det A della matrice 3×3 A mostrata.

A = [−3 −1 −5; −5 −3 −3; −2 5 −3]
det A =
4.Matrici e determinantiDifficile
A =3−5−32b =710

Risolvi il sistema 3x − 5y = 7 e −3x + 2y = 10. Trova x.

3x − 5y = 7−3x + 2y = 10
x =
5.Vettori: prodotto scalare e vettorialeMedia
xyzab

Trova il valore di k per cui i vettori a = (6, −1, −3) e b = (k, 0, −5) sono perpendicolari.

a = (6, −1, −3)b = (k, 0, −5)
k =
6.Vettori: prodotto scalare e vettorialeDifficile
xyzrFOA

Una forza F = (−60, −20, 0) N agisce nel punto A(−4, 4, 3). Le coordinate sono in metri. Trova il modulo |M| del momento della forza rispetto a l’origine O(0, 0, 0).

F = (−60, −20, 0) NA(−4, 4, 3) mO(0, 0, 0) m
|M| = N·m
7.IntegraliMedia
xy01

Calcola I = ∫01 e−x dx.

f(x) = e−x[0, 1]
I =
8.IntegraliDifficile
xy−22

Trova l'area A della regione tra la parabola y = 4 − x² e l'asse x.

y = 4 − x²
A =
9.Calcolo multivariabileMedia
xy21∇fP

Per f(x, y) = −2x³y³ + 4x³ − 3y² + 4xy, trova la massima velocità di variazione di f nel punto (2, 1), cioè |∇f|.

f(x, y) = −2x³y³ + 4x³ − 3y² + 4xyP = (2, 1)
|∇f| =
10.Calcolo multivariabileDifficile
xy−202−202(0, 0)(2, 2)(−2, −2)

Trova i punti critici di f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy, classificali e dai il valore fmin di f nel suo minimo locale.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy
fmin =
11.Successioni e serieMedia
kSn​12345678910

Trova la somma S = Σk=121 3/(k(k + 1)).

ak = 3/(k(k + 1))n = 21
S =
12.Successioni e serieDifficile

f(x) = sin x è approssimata in x = 1 dal suo polinomio di Maclaurin di grado n. Con la maggiorazione di Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! e M = 1, trova il grado minimo n che garantisce un errore inferiore a 0,0005.

f(x) = sin xx = 1M = 1ε = 0,0005
n =
13.Trasformate di LaplaceMedia
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−81

F(s) = (5s + 29)/(s² + 12s + 35). La sua antitrasformata ha la forma f(t) = A·e−5t + B·e−7t. Trova il coefficiente A con i fratti semplici.

F(s) = (5s + 29)/(s² + 12s + 35)
A =
14.Trasformate di LaplaceDifficile
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Risolvi y″ + 11y′ + 30y = 0 con y(0) = 6 e y′(0) = −12 usando la trasformata di Laplace, e trova y(0,2).

y″ + 11y′ + 30y = 0y(0) = 6y′(0) = −12t = 0,2 s
y(0.2) =
15.Convoluzione e sistemi LTIMedia
x(t)t210h(t)t1

L’impulso x(t) = 10 per 0 ≤ t < 2 s (nullo altrove) è applicato a un sistema con h(t) = e−1tu(t). Trova l’uscita y(2,5) in t = 2,5 s, dopo che l’impulso è terminato.

x(t) = 10, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−1tu(t)t = 2,5 s
y(2.5) =
16.Convoluzione e sistemi LTIDifficile
10cos(3t)h(t) = 10e−2t​u(t)y(t)

L’ingresso x(t) = 10·cos(3t) è applicato a un sistema con h(t) = 10·e−2tu(t). Trova l’ampiezza Ym dell’uscita a regime.

h(t) = 10e−2tu(t)x(t) = 10cos(3t)
Ym =

3Soluzioni

1.Equazioni differenziali

Risposta: y(2) = 1,353

Equazioni lineari del secondo ordine: per y″ + b·y′ + c·y = 0 prova y = ert: si ottiene l’equazione caratteristica r² + b·r + c = 0. Due radici reali r₁ ≠ r₂ danno y = A·er₁t + B·er₂t (sovrasmorzato); una radice doppia r dà y = (A + Bt)·ert (smorzamento critico); radici complesse −α ± jω danno y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (sottosmorzato, oscillante). I valori iniziali y(0) e y′(0) fissano A e B. Scritta come y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn è la pulsazione naturale e ζ il coefficiente di smorzamento: con ζ < 1 si ha oscillazione. Con un ingresso costante, y″ + by′ + cy = c·K, la soluzione è il valore a regime K più la risposta libera.

Radice doppia

(r + 1)² = 0 → r = −1

Costanti

A = y(0) = 2
y′(0) = B − 1A → B = 2 + 2 = 4

Calcola

y(2) = (2 + 4·2)·e−2 = 1,353

Risposta

y(2) = 1,353
2.Equazioni differenziali

Risposta: t = 20,43 min

Equazioni differenziali del primo ordine: dy/dt = k·y ha soluzione y = y₀·ekt (crescita per k > 0, decadimento per k < 0); un tempo di dimezzamento T dà k = ln 2/T. La legge di raffreddamento di Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), dà T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Un’equazione lineare y′ + p(x)·y = q(x) si risolve con il fattore integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, quindi μy = ∫μq dx + C.

Risultato

m(t) = 40 + (−20)·e−t/40

Risolvi per t

e−t/40 = (40 − 28)/(40 − 20) = 0,6
t = 40·ln(1,667) = 20,43 min

Risposta

t = 20,43 min
3.Matrici e determinanti

Risposta: det A = 92

Matrici: il determinante di una matrice 2×2 è ad − bc. Per una 3×3 sviluppa lungo una riga: ogni elemento per il determinante della 2×2 che resta togliendo la sua riga e la sua colonna, con segni alterni + − +. Gli autovalori λ risolvono det(A − λI) = 0; per una 2×2 è λ² − (traccia)·λ + det = 0.

Minori 2×2 della prima riga

M₁₁ = 24, M₁₂ = 9, M₁₃ = −31

Sviluppo di Laplace

det A = (−3)·24 − (−1)·9 + (−5)·(−31) = 92

Risposta

det A = 92
4.Matrici e determinanti

Risposta: x = −7,111

Matrici: il determinante di una matrice 2×2 è ad − bc. Per una 3×3 sviluppa lungo una riga: ogni elemento per il determinante della 2×2 che resta togliendo la sua riga e la sua colonna, con segni alterni + − +. Gli autovalori λ risolvono det(A − λI) = 0; per una 2×2 è λ² − (traccia)·λ + det = 0.

Determinante della matrice dei coefficienti

det A = 3·2 − (−5)·(−3) = −9

Sostituisci la colonna di x

det Aₓ = 7·2 − (−5)·10 = 64
x = 64/(−9) = −7,111

Risposta

x = −7,111
y = −5,667
5.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: k = −2,5

Dot product: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.

Il prodotto scalare è uguale a zero

a·b = 6·k + (−1)·0 + (−3)·(−5) = 0
15 + 6·k = 0

Risolvi per k

k = −15/6 = −2,5

Risposta

k = −2,5
6.Vettori: prodotto scalare e vettoriale

Risposta: |M| = 372 N·m

Cross product: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.

Vettore posizione da O ad A

r = A − O = (−4, 4, 3) − (0, 0, 0) = (−4, 4, 3) m

Momento M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = 4·0 − 3·(−20) = 60 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 3·(−60) − (−4)·0 = −180 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−4)·(−20) − 4·(−60) = 320 N·m

Modulo

|M| = √(60² + (−180)² + 320²) = 372 N·m

Risposta

|M| = 372 N·m
7.Integrali

Risposta: I = 0,6321

Integrali definiti: ∫ₐᵇ f(x) dx è l'area con segno tra il grafico e l'asse x da a a b. Trova una primitiva F (con F′ = f) e calcola F(b) − F(a). Regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'area tra due curve è ∫(superiore − inferiore) dx.

Primitiva

F(x) = e−x/(−1)

Valuta agli estremi

I = (e−1 − 1)/(−1) = (0,3679 − 1)/(−1) = 0,6321

Risposta

I = 0,6321
8.Integrali

Risposta: A = 10,67

Integrali definiti: ∫ₐᵇ f(x) dx è l'area con segno tra il grafico e l'asse x da a a b. Trova una primitiva F (con F′ = f) e calcola F(b) − F(a). Regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'area tra due curve è ∫(superiore − inferiore) dx.

Zeri

4 − x² = 0 → x = ±2

Integra

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Risposta

A = 10,67
9.Calcolo multivariabile

Risposta: |∇f| = 53,85

Gradiente: ∇f = (fx, fy) punta nella direzione di massima crescita, e |∇f| è la massima velocità di variazione. La derivata direzionale lungo una direzione v è Duf = ∇f·u con il versore u = v/|v|. Il piano tangente in (a, b) è z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); dà l’approssimazione lineare di f vicino a quel punto. Regola della catena: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Derivate parziali

fx = −6x²y³ + 12x² + 4y → fx(2, 1) = 28
fy = −6x³y² − 6y + 4x → fy(2, 1) = −46

Lunghezza del gradiente

|∇f| = √(28² + (−46)²) = 53,85

Risposta

|∇f| = 53,85
10.Calcolo multivariabile

Risposta: fmin = −32

Punti critici e integrali doppi: un punto critico ha fx = fy = 0. Test delle derivate seconde con D = fxxfyy − fxy²: D > 0 e fxx > 0 è un minimo locale, D > 0 e fxx < 0 un massimo locale, D < 0 un punto di sella, e D = 0 non decide nulla. Per un integrale doppio su una regione generica, prendi come estremi interni le curve che delimitano la regione; per dischi e settori usa le coordinate polari, x = r cos θ, y = r sin θ e dA = r dr dθ (non dimenticare il fattore r).

Punti critici

Risolvi insieme fx = 0 e fy = 0.

fx = 4x³ − 16y = 0
fy = 4y³ − 16x = 0
(0, 0), (2, 2), (−2, −2)

Test delle derivate seconde

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −16, D = −256 → punto di sella
(2, 2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → minimo locale
(−2, −2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → minimo locale

Valore nell’estremo

f(2, 2) = −32

Risposta

fmin = −32
11.Successioni e serie

Risposta: S = 2,864

Convergenza: se i termini non tendono a 0 la serie diverge (criterio del termine n-esimo). Σ1/kᵖ converge solo per p > 1, e Σrᵏ solo per |r| < 1. Confronta una serie con una di queste quando i suoi termini si comportano come loro per k grande. Criterio del rapporto: L = lim |ak+1/ak|; criterio della radice: L = lim |ak|1/k. L < 1 converge, L > 1 diverge, L = 1 non decide nulla. Una serie di potenze Σck(x − x₀)ᵏ converge per |x − x₀| < R con R = lim |ck/ck+1|; una serie a segni alterni con termini decrescenti a 0 converge.

Fratti semplici

3/(k(k + 1)) = 3·(1/k − 1/(k + 1))

Annulla

S = 3·(1 − 1/22) = 2,864

Risposta

S = 2,864
12.Successioni e serie

Risposta: n = 6

Polinomi di Taylor: vicino a x = a una funzione regolare è approssimata da Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; per a = 0 questo è il polinomio di Maclaurin. Serie notevoli: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …, cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …, ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …, 1/(1 − x) = Σxᵏ. Maggiorazione del resto di Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, dove M è il massimo valore di |f⁽ⁿ⁺¹⁾| tra a e x.

n(n + 1)!maggiorazione011120,5260,16673240,0416741200,00833357200,001389650400,0001984

Maggiorazioni al crescere di n

n = 5: 0,001389 ≥ 0,0005
n = 6: 0,0001984 < 0,0005

Grado minimo

n = 6

Risposta

n = 6
13.Trasformate di Laplace

Risposta: A = 2

Trasformata di Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt trasforma le derivate in moltiplicazioni per s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Coppie standard: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), e una traslazione s → s + σ moltiplica la funzione nel tempo per e−σt. Per antitrasformare una F(s) razionale, scomponila in fratti semplici: il residuo di un polo semplice p è A = [(s − p)·F(s)] in s = p. Teorema del valore finale: f(∞) = lims→0 s·F(s), valido solo quando tutti i poli di s·F(s) giacciono nel semipiano sinistro. Teorema del valore iniziale: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Scomponi il denominatore

s² + 12s + 35 = (s + 5)(s + 7)
F(s) = A/(s + 5) + B/(s + 7)

Regola di copertura

Moltiplica per (s + 5) e poni s = −5: il termine in B si annulla.

A = (5s + 29)/(s + 7) |s = −5 = 4/2 = 2

Risposta

A = 2
(B = 3, quindi f(t) = 2·e−5t + 3·e−7t)
14.Trasformate di Laplace

Risposta: y(0.2) = 3,408

Trasformata di Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt trasforma le derivate in moltiplicazioni per s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Coppie standard: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), e una traslazione s → s + σ moltiplica la funzione nel tempo per e−σt. Per antitrasformare una F(s) razionale, scomponila in fratti semplici: il residuo di un polo semplice p è A = [(s − p)·F(s)] in s = p. Teorema del valore finale: f(∞) = lims→0 s·F(s), valido solo quando tutti i poli di s·F(s) giacciono nel semipiano sinistro. Teorema del valore iniziale: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Trasforma l’equazione

s²Y − 6s − (−12) + 11(sY − 6) + 30Y = 0
Y(s) = (6s + 54)/((s + 5)(s + 6))

Fratti semplici

A = 24/1 = 24
B = 18/(−1) = −18

Risultato

y(t) = 24·e−5t − 18·e−6t
y(0,2) = 3,408

Risposta

y(0,2) = 3,408

Controllo: y(0) = A + B = 6.

15.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: y(2.5) = 5,244

Convoluzione continua: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Ribalta h, falla scorrere fino alla posizione t e integra il prodotto delle parti sovrapposte. Per segnali causali l’integrale va da 0 a t. Risultati utili: l’area di y è l’area di x per l’area di h; se x dura da t₁ a t₂ e h da t₃ a t₄, y dura da t₁ + t₃ a t₂ + t₄. Per h(t) = e−atu(t) e un gradino di altezza A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).

Uscita alla fine dell’impulso

y(2) = (10/1)(1 − e−2) = 8,647

Decadimento dopo l’impulso

y(2,5) = 8,647·e−1·0,5 = 5,244

Risposta

y(2,5) = 5,244
16.Convoluzione e sistemi LTI

Risposta: Ym = 27,74

Risposta impulsiva e serie di Fourier: la risposta impulsiva h(t) descrive completamente un sistema LTI: per y′ + a·y = b·x è h(t) = b·e−atu(t), e per y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] è h[n] = b·aⁿu[n]. Una sinusoide cos ωt passa con guadagno |H(jω)| e fase ∠H(jω), dove H è la trasformata di Fourier di h. Un segnale periodico è una somma di armoniche a k/T: un’onda quadra di ±A ha solo armoniche dispari con ampiezze 4A/(kπ), un’onda triangolare di picco A ha 8A/(π²k²), e un treno di impulsi di altezza A e rapporto di duty D ha il valor medio A·D e le armoniche (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.

Risposta in frequenza

H(jω) = 10/(2 + jω)

Guadagno alla frequenza dell’ingresso

|H(j3)| = 10/√(2² + 3²) = 2,774
Ym = 10·2,774 = 27,74

Risposta

Ym = 27,74

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